硅质岩及其它岩类
第⼗章硅质岩
第⼀节概论
⼀、概念：
硅质岩是指由化学作⽤、⽣物和⽣物化学作⽤以及某些⽕⼭作⽤形成的富含⼆氧化硅(⼀般超过70%)的岩⽯。
其中包括在盆地内经机械破碎再沉积的硅质岩。但不包括陆源⽯英碎屑经搬运沉积⽽成的⽯英砂岩和沉积⽯英岩。
硅质岩在⾃然界中的分布较⼴，位居沉积岩中第四位，前三位依次是：页岩、砂岩、⽯灰岩。
⼆、成分特征
1、化学成分：主要是SiO2（>70% ）和H2O
其它氧化物: Fe2O3(含量可⾼达10% )、Al2O3(可⾼达8%)、MgO、CaO 等（由于混⼊物的影响，还常有
含量不等的）
2、矿物成分：蛋⽩⽯、⽟髓、⾃⽣⽯英
（1）蛋⽩⽯
化学成分：SiO2·nH2O ，矿物成分：为⼀种含⽔的⾮（隐）晶质或胶质的⼆氧化硅，化学沉淀或⽣物成因
蛋⽩⽯是天然的硬化的⼆氧化硅胶凝体，含⽔量⼀般为3％－10％，是⼀种具有变彩效应的宝⽯，与多数宝⽯不同，属于⾮晶质，会由于宝⽯中的⽔分流失，逐渐变⼲并出现裂缝。
内部具球粒结构，集合体多呈葡萄状、钟乳状。玻璃光泽、珍珠光泽、蛋⽩光泽。性脆，易⼲裂，贝壳状断⼝。在长波紫外线照射下，不同种类的蛋⽩⽯发出不同颜⾊的荧光。（2）⽟髓
化学成分：SiO2·nH2O ，隐⼀微晶及⾄细晶⽯英的集合体，通称为燧⽯。玛瑙和⽟髓均为隐晶质⽯英，矿物学中统称为⽟髓。宝⽯界将其中具纹带构造隐晶质块体⽯英称玛瑙，如果块体⽆纹带构造则称⽟髓。
（3）⾃⽣⽯英：⼆氧化硅，为化学沉淀或蛋⽩⽯重结晶
（4）其他混⼊矿物：常见的有粘⼟矿物、碳酸盐矿物、氧化铁等。
3、结构、构造和颜⾊
（1）结构特征
硅岩具有⾮晶质结构、隐—微晶结构、⽣物结构、纤维状结构、碎屑结构、鲕状结构、隐藻结构以及交代结构
(2) 硅岩的构造
硅岩的构造和产出形态多种多样，常见层状、透镜状、结核状、条带状和团块状。
华东⽯油学院对我国华北震旦亚界燧⽯岩进⾏过详细的研究，并按其产出形态划分为层纹状、条带状、结核状、团块状和放射状五种类型（见表15－2）。
硅质岩与其他化学岩共⽣时，也常见各种类型层理及波痕等。
(3) 颜⾊
硅岩的颜⾊多姿，且随岩⽯中所含的杂质⽽异，常见灰⿊⾊、灰⽩⾊，有时可见灰绿⾊、红⾊等⾊调。
总体上，硅岩致密坚硬且性脆，化学性质稳定，抗风化能⼒强。当与其他岩类共⽣时，常突出于岩层风化⾯之上。
4、硅质岩的分类：
1．按产状分：
层状硅质岩（厚层状、达数百⽶厚，eg.碧⽟岩建造）
板状硅质岩：eg.板状硅藻⼟
结核状硅质岩：eg.结核状燧⽯等
泉华状硅质岩：eg.硅华
2．按矿物成分分类：
蛋⽩⽯质硅质岩
⽟髓质硅质岩
⽯英质硅质岩
石英砂岩3．按矿物成因来分：
⽣物成因的硅质岩：硅藻⼟、海绵岩、放射⾍硅质岩
⾮⽣物成因的硅质岩：碧⽟岩、燧⽯岩、硅华
华东⽯油学院通过对华北震旦亚界硅岩⽯学的研究，根据硅岩的形成阶段、结构特征及
结构组分，对硅岩进⾏了划分。
⽐较：沉积⽯英岩与硅质岩
（1）沉积⽯英岩
定义：硅质胶结的⽯英砂岩，胶结物常为蛋⽩⽯或⽟髓。部分硅质胶结物发⽣次⽣加⼤时称为⽯英岩状砂岩；若硅质物全部成为再⽣⽯英时，称为沉积⽯英岩。
①⽯英和各种硅质岩屑占95%以上；
②⼏乎全部为硅质胶结；
③物质来源：陆源碎屑；
④机械搬运沉积作⽤形成。
（2）硅质岩
定义：指由化学作⽤、⽣物和⽣物化学作⽤以及某些⽕⼭作⽤所形成的富含SiO3的岩⽯，其中也包括在盆地内经机械破碎再沉积的硅质岩。（但是不包括陆源⽯英碎屑经搬运沉积⽽成的⽯英砂岩和沉积⽯英岩）。
①矿物成分：蛋⽩⽯、⽟髓、⾃⽣⽯英；
②SiO2含量（⼀般>70%）；
③化学作⽤、⽣物作⽤、⽣物化学作⽤以及某些⼤⼭作⽤形成；
④另外，盆内经机械破碎再沉积形成的硅质岩。
第⼆节硅质岩的主要类型
硅质岩的主要类型
硅藻⼟(或硅藻岩): 主要由硅藻遗体组成，以蛋⽩⽯为主。
海绵岩: 硅质海绵⾻针组成，多为蛋⽩⽯。
放射⾍岩: 由硅质放射⾍壳组成。
板状硅藻⼟和蛋⽩⼟: 由蛋⽩⽯组成。
燧⽯岩: 最常见，由微晶⽯英和⽟髓组成。
碧⽟岩: 矿物成分是⾃⽣⽯英，可含有少量⽣物遗体。
硅华: 典型的化学成因硅质岩，常形成于⽕⼭作⽤后期温泉喷出地表处。
⼀、硅藻⼟(或硅藻岩)
硅藻⼟主要由古代的硅藻遗体组成。主要化学成分是含⽔的SiO2。矿物成分主要为蛋⽩⽯—A
硅藻⼟具有典型的硅藻⽣物结构，具有微细的纹理。硅藻壳外形呈长⽅形、正⽅形、圆形、三⾓形等，个体微⼩，0.002～0.05mm，多数⼩于0.02mm；含量不⼀，可⾼达70～90%。
(1)硅藻⼟质纯者呈⽩⾊，但常被铁质或有机质染成黄⾊或暗灰⾊甚⾄⿊⾊。
(2)岩⽯外貌呈⼟状，结构疏松，质软⽽轻，⽐重只有0.4～0.9；
(3)孔隙度甚⾼，吸⽔性强，可粘⾆。
(4)在显微镜下具⽣物结构，⼀般层理不明显，有时可见⽔平层理。
硅质岩⼿标本观察
颜⾊：常呈灰⾊、灰⿊⾊、灰⽩⾊、灰绿⾊、红⾊，随所含杂质不同⽽异
物理性质：蛋⽩⽯和燧⽯岩硬度⼤（⼤于⼩⼑），致密⽽性脆，化学性质稳定不易风化；硅藻岩、放射⾍硅质岩则质软疏松多孔
结构：⾮晶质的胶状结构（断⼝具贝壳状或尖棱状）；隐晶结构（岩⽯致密，但⾁眼⽆法分辨颗粒，断⼝呈瓷状）；微粒结构；⽣物结构及粒屑结构
构造：⼀般呈薄层状、透镜状、条带状及结核状（常夹于⽯灰岩中）。
光泽：⼀般光泽黯淡，如含较多⾃⽣⽯英则有油脂光泽。
层状燧⽯岩⼿标本观察
灰⿊⾊，致密，坚硬，具贝壳状断⼝，成分主要为隐晶质⽟髓和少量⽯英细晶组成，隐
晶质结构，含少量黄铁矿细晶，星散状不均匀分布，薄层状层理发育，层厚1 ~ 3ｍ，层⾯平整。
形成环境：
⼤部分硅藻⼟产于第三纪以来的海相或湖泊相的地层中，少数分布于⽩垩纪的地层中。多与粘⼟岩、泥灰岩共⽣，有时与⽕⼭岩共⽣。
年代较⽼的地层中硅藻⼟⼀般均转变为板状硅藻⼟或蛋⽩⼟，最终渐变⾄燧⽯岩。现代硅藻主要分布在两极及中纬度的海洋中，并与洋流分布有关。
⽤途：
硅藻⼟具有多孔结构、密度低、⽐表⾯积⼤、吸附性能强、悬浮性能好、物化性能稳定、隔⾳隔热、耐磨、耐酸、⽆毒和⽆味等特殊性能。因此，硅藻⼟及其制品在以下⾏业中⼴泛运⽤：
(1) ⾷品、饮料、医药、⽯油、化⼯、染料及⽔处理等⼯业中⼴泛⽤作固液分离过程中的助滤剂；
(2) ⾷品脱氧保鲜剂中⽤作抗粘结剂；运动场、绿茵场中⽤作草坪（⽪）的⼟壤改良剂；⾷品、医药、电器、仪表和服装等⾏业中⽤作环保型⼲燥剂；环境保护⼯程中⽤作吸油砂（地⾯吸收剂）；
(3) 内外墙保温砂浆、硅酸钙板及⼯业窑炉等建材⾏业中⽤作隔热保温材料；
(4) 橡塑、饲料、涂料、蚊⾹、纸张、磨擦材料、抛光膏、⽛膏、化妆品、沥青、⽔泥、⽇⽤陶瓷等产品中⽤作功能性填料；
(5) 硫酸钒催化剂、⽯油磷酸催化剂、农药杀⾍剂及肥料产品中⽤作载体；
(6) 污⽔处理⼯程中⽤作助凝剂。硅藻⼟素有“⼯业味精”之称，可满⾜多种⼯业的需求，是现代⼯业不可缺少的基础原料之⼀。
⼆、海绵岩
海绵岩主要由硅质海绵⾻针组成，矿物成分主要为蛋⽩⽯。
外貌为细粒状，呈灰绿⾊或⿊⾊，疏松的海绵岩胶结程度较差，其中夹有粘⼟和砂。坚硬的海绵岩其内的⾻针被蛋⽩⽯、⽟髓等硅质矿物所胶结，以海相成因为主。
海绵为多孔动物门⽣物的统称，是世界上结构最简单的多细胞动物
三、放射⾍岩
放射⾍岩主要由硅质放射⾍介壳组成，可分为疏松的和坚硬的两种: 疏松的变种外貌很象硅藻⼟，质软，
灰或黄灰⾊；坚硬的放射⾍岩中的放射⾍介壳完全被氧化硅胶结。除放射⾍外，还可有硅藻、海绵⾻针、海藻、有孔⾍等⽣物遗体；并常有粘⼟矿物，以及⽅解⽯、海绿⽯、碎屑⽯英等混⼊物。
放射⾍：单细胞原⽣动物，因为具有放射排列的线状伪⾜⽽得名
坚硬的放射⾍岩有两种类型：
(1)蛋⽩⽯质放射⾍岩，外壳和胶结物均为蛋⽩⽯，外貌极似蛋⽩岩，常见于⽩垩纪和第三纪沉积中；
(2)⽟髓-⽯英质放射⾍岩，其成分为⽟髓和⾃⽣⽯英，介壳有时被⽅解⽯所交代，岩⽯坚硬，不透⽔，外貌很像硅质板岩或碧⽟岩；⼀般见于地槽区的中⽣代和古⽣代沉积内。形成环境
关于放射⾍岩的形成环境问题，⼀直存在各种认识
许靖华（1979）认为放射⾍（硅质浮游⽣物）⼤量繁殖在⾚道洋流（特别是靠近太平洋的⾚道洋流）附近。在这⾥，海底洋流携带了⼤量供给硅质⽣物⽣存的养料，促使硅质⽣物⼤量繁殖。因此放射⾍岩的存在，从某些意义⽽⾔，能指⽰远洋深海沉积环境和确定古⾚道位置。
放射⾍软泥⼴泛主要分布于现代热带海洋沉积中
四、蛋⽩⼟（蛋⽩岩）和板状硅藻⼟（粉蛋⽩岩）
两者成分主要都是蛋⽩⽯，常由成细⼩的棱⾓或球粒状质点(0.01～0.001mm)的集合体。多数具有微孔构造，呈透镜体产出。
它们与硅藻⼟或蛋⽩⽯质放射⾍岩不同之处在于：不含或含极少硅质⽣物遗体。除蛋⽩⽯外，还可有粘⼟、碳酸盐、黄铁矿、海绿⽯、沸⽯、⽟髓、⽅英⽯、碎屑⽯英及有机质等。
五、燧⽯岩
这是最常见的⼀种硅质岩，其成分主要为⽟髓和⾃⽣⽯英，年代较新者可为蛋⽩⽯；还常有粘⼟、碳酸盐及有机质等混⼊物；并可有少量硅质⽣物遗体。燧⽯是⼀种致密坚硬、常具贝壳状断⼝的隐晶质或微晶质岩⽯，颜⾊以灰⾊、⿊⾊等暗⾊为常见，也有呈黄⾊、红⾊、⽩⾊者。
颜⾊因含杂质不同⽽变。显微镜下纯净燧⽯是⼀种⽆⾊的微晶⽯英集合体。
燧⽯形成于三种不同类型的地层单元：
碳酸盐岩中的燧⽯结核
稳定地区的层状燧⽯
超盐度湖泊环境的燧⽯
按产状可将燧⽯分为两⼤类：
层状燧⽯
结核状燧⽯
1、层状燧⽯
层状燧⽯的层厚⾃⼏厘⽶到⼏⼗厘⽶，有时则呈规则条带或⼤透镜体。它们可与浅⽔碳酸盐岩、页岩以及砂岩共⽣，亦可与深⽔的⿊⾊页岩、远洋⽯灰岩或蛇绿岩共⽣；多与含磷和
含锰的黏⼟层共⽣，分层存在，单层厚度不⼤，但与共⽣岩⽯⼀起总厚度可相当⼤，达⼏⼗到⼏百⽶，有块状和鲕状的区别。
2、结核状燧⽯
这类燧⽯更为常见，成为规则或不规则的结核状或不规则的条带状，通常称为燧⽯结核。多产于⽯灰岩中，有球状、卵状、棒状、盘状、葫芦状、不规则状等结核体，⼀般只有5-15厘⽶，⼤的可达1-2⽶。
燧⽯由于坚硬，破碎后产⽣锋利的断⼝，所以是最早为⽯器时代的原始⼈所青睐，绝⼤部分⽯器都是⽤燧⽯打击制造的，燧⽯和铁器击打会产⽣⽕花，所以也为古代⼈⽤作取⽕⼯具，古代常⽤⼀⼩块燧⽯和⼀把钢制的“⽕镰”击打取⽕，所以燧⽯也叫作⽕⽯，最早的⽕也是利⽤扳机击打⽕⽯引发⽕药的。现代利⽤燧⽯的坚硬性质，将燧⽯作为研磨的原料。
六、碧⽟岩
碧⽟岩主要矿物成分是⾃⽣⽯英，可含有少量⽣物遗体，如放射⾍、海绵⾻针等。
含氧化铁杂质的，称铁质碧⽟岩，常呈红⾊、绿⾊或黄⾊；含有机炭的，称炭质碧⽟岩，常呈⿊⾊；燧⽯岩和碧⽟岩在元古宙的地层中经常出现。
三江彩卵⽯，⼜名红彩卵⽯、三江⽯，产于⼴西柳州地区三江县境内融江河段及上游龙胜县境内⼤地和侗烈等地。该⽯属碧⽟岩类，⽯质坚硬细密，硬度为6.5～7度，表⾯润泽光滑；以黄、红、紫为主⾊调。
七、硅华
这是⼀种典型的化学成因硅质岩，常形成于⽕⼭作⽤后期温泉喷出地表处。
硅华呈多孔状、⾊浅，其中⼆氧化硅含量不定，常有各种混⼊物，除较多的氧化铝外，还可有各种其它元素。
隐晶质-微晶硅华:SiO2矿物为⽟髓或⽟髓-⽯英集合体。⼀般认为，在地表SiO2沉淀⼀定是⾮晶质蛋⽩⽯。在滇藏地区许多地热区内，地表硅华由⽟髓或⽟髓-⽯英集合体组成。推测它们是随着时间的推移由蛋⽩⽯经陈化转变⽽成。
具龟壳状构造的硅华西藏⽺⼋井盆地
灰⽩-深灰⾊，⾮晶质结构，不规则层状构状。表层⾯具特殊的龟壳状构造。可能反映该层SiO2沉淀于泉⽔流动过程中。
正交偏光镜下照⽚以微晶⽯英（⼀级⽩）和隐晶质⽟髓（⼀级灰）为主。晶洞发育（照⽚上⿊⾊部分）。晶洞内常分布长短不等的枝状体。由⽯英晶簇垂直枝体排列⽽成。
硅华与钙华的⽐较:
第三节硅质岩的成因
涉及四个⽅⾯内容：
1．SiO2的来源（陆源、⽕⼭作⽤、⽣物）
2．硅质岩的形成⽅式
3．硅质岩的形成阶段
4．硅质岩沉积时的⽔深
⼀、⼆氧化硅的来源问题
赫西（Hesse．R，1988）总结有三种来源：
1、来⾃⼤陆上硅酸盐及铝硅酸盐的化学分解产物（主要来源）
2、由海底⽕⼭喷发及深层热液物质。
3、⽣物硅质介壳和⾻骼（⽣物的硅质⾻骼、壳体或碎⽚）
⽬前海洋⽣物（如硅藻、放射⾍、硅鞭⽑⾍或硅质海绵）产⽣的氧化硅量约2.5×lol6g/年，其中：
1）河流提供了4.3×1014g/年；
2）孔隙回流提供了5.7×l014g/年；
3）海解作⽤提供了0.8×l014g/年；
4）海底⽕⼭活动提供了0.05×l014g/年；
5）还有1.9×l014g/年的氧化硅是热液注⼊海⽔中造成的
海洋中的⼆氧化硅再循环主要涉及硅质介壳溶解和溶解态⼆氧化硅的上涌，硅质介壳的溶解作⽤从洋⾯下沉持续到洋底，最终转变为硅质沉积物。
埋藏期间还继续有溶解及再沉淀作⽤，直到经过成岩作⽤才使部分氧化硅固定下来。洋底硅质软泥和钙质软泥的分布各受其补偿—溶解深度控制。
2．硅质岩的形成⽅式
①有机成因——⽣物和⽣物化学作⽤
②⽆机成因——化学作⽤，包括交代作⽤
（1）⽣物和⽣物化学作⽤⽅式
在前寒武纪，甚⾄在30亿年以前的沉积中，不断发现了⽣命的遗迹。如在北美、南⾮和澳⼤利亚等地的寒武系燧⽯条带和碧⽟岩中，都发现类菌藻类的丝状体、杯状体及球状体等的化⽯遗迹（Enge1，1968；Lebege，1967，1973；Knoll and Barghoorn，1977）。我国鞍⼭、五台、震旦亚界等地层中，也陆续发现不少类菌、类藻、古孢⼦等⽣物化⽯。据研究，这些低等的菌、藻类通过光合作⽤，能分泌⼀种粘液鞘物质，并以捕获或粘集⽔体中的SiO2胶体质点的⽅式形成硅质沉积物。前寒武纪⼀些硅质叠层⽯的形成与这种作⽤有关。
硅质⽣物（硅藻、放射⾍、硅质海绵等）具有直接从海⽔中吸取硅质，通过对悬浮在⽔体中铝硅酸盐质点进⾏腐蚀和分解，从中吸取SiO2 ，以组成它们⾃⾝躯壳的机能。